黑洞无毛定理与黑洞的种类

在黑洞理论中有一个定理，即黑洞的无毛（no hair）定理。1972年，美国普林斯顿大学的研究生贝肯斯坦提出一个定理，其内容是：当星体形成黑洞后，只剩下质量、角动量和电荷三个基本守恒量还在继续起作用，其他一切因素，即“毛发”，都在进入黑洞时消失了，所以说黑洞是无毛的。这就是著名的黑洞无毛定理，这个定理后来被霍金、卡特和伊斯雷尔等人证明了。

黑洞的无毛定理表明，跟其他天体相比，黑洞更为简单，其他天体的许多性质它都没有。例如，地球有磁场，太阳有黑子，中子星有电磁脉冲和γ射线爆发，组成这些星体的原子和分子都有复杂的结构……所有这些性质黑洞都没有，黑洞只有3个性质，即质量、电荷和角动量，只要这3个参数定了，黑洞的全部性质也确定了，除此之外黑洞就没有任何其他性质了。

根据这个定理，宇宙中只有下面4种类型的黑洞［80－81］。

（1）施瓦西黑洞：只有质量的最简单的黑洞，其度规是在1916年由施瓦西求出。黑洞的全部性质都反映在它的时空度规中，施瓦西度规只有一个参数——质量M。这是球对称黑洞所具有的唯一参数，施瓦西黑洞除了质量外，再也没有其他性质了，黑洞的任何性质，如黑洞视界面的半径，视界面外部空间的曲率，试验粒子的加速度等，都由黑洞的质量决定，因此，施瓦西黑洞只有“一根毛”。

（2）R－N（Reissner－Nordstrom）黑洞：只有质量与电荷，而角动量为0的黑洞。这个黑洞的度规是在1918年由两位俄国科学家，雷斯耐尔和诺尔斯特罗姆给出的，简称R－N度规，这一度规只含两个参数——质量M和电荷Q，所以R－N黑洞只有“两根毛”。

（3）克尔黑洞：只有质量与角动量，电荷为0的黑洞。这个黑洞的外部时空度规是在1963年由克尔求出的，克尔度规也有两个参数——质量M和角动量J。克尔黑洞的视界，无限红移面，以及外部时空的其他性质均由质量M和角动量J确定，克尔黑洞的视界与无限红移面不重合，这是克尔黑洞与施瓦西黑洞的一个重要区别。

（4）克尔－纽曼黑洞：质量、电荷和角动量均不为0的黑洞。其度规是1965年由纽曼求出的，这个度规的表达式中含有3个参数——质量M、电荷Q和角动量J，所以，这个黑洞有“三根毛”。

上述这4种黑洞中，施瓦西黑洞是最简单也是最基本的黑洞，其他的黑洞，如果令电荷和角动量为0，均可以简化成施瓦西黑洞。由此可见，其他几种黑洞实际上是在施瓦西黑洞基础上，再增加电荷和角动量等性质而形成的。于是，我们不难得出这样的结论：如果在真实的物理时空中没有施瓦西黑洞，那么，其他几种黑洞也不可能存在，因此，研究黑洞是否存在这个问题，实际上只需讨论施瓦西黑洞就可以了。